袋裝砂斜坡堤在杭州灣圍填海工程中的應用

陸 曉 宇

(上海金山新城區建設發展有限公司，上海 200433)

圍堤是防止吹填土擴散，將圍填海區域圈圍成封閉區域而修建的堤壩。根據是否需具備防洪(潮)功能，分為永久堤防圍堤和臨時吹填圍堰。堤防圍堤是兼具洪(潮)擋浪功能的圍堤，圍填海工程中大都為海堤，又名海塘、海擋和防潮堤。因此，海堤還需要滿足防御風暴潮(洪)水和波浪對防護區的危害等要求[1]。目前國內外圍堤的斷面型式主要分為直立式、斜坡式和混合式三種基本型式，其中斜坡式結構憑借其經濟性的優勢和在生態建設方面的適應性[2]成為一種被廣泛采用的結構。袋裝砂斜坡堤作為斜坡式結構的一種，在適用性、經濟性等方面有其優勢，成為海堤結構的主要結構型式。

1 國內外袋裝砂斜坡堤的應用實踐

據了解，美國、法國、荷蘭、日本、菲律賓、馬來西亞、我國臺灣省等均有使用充砂土工織物長管袋或充砂土工織物袋的工程實例，20世紀70年代，大型充砂袋結構引入我國[3]；李凱雙等[4]對國內不同地區袋裝砂斜坡堤的工程案例做了統計分析。經過一段時間的發展，尤其是大型施工機械的應用，使得袋裝砂斜坡堤的施工效率和質量都得到了顯著的提高。進入21世紀以來，圍堤逐漸向深水區發展，堤身高度隨之增加，筑堤工程量大幅增加。傳統袋裝砂斜坡堤的應用范圍主要集中在淺水區，隨著海堤向深水的邁進，袋裝砂斜坡堤也在逐步向深水區探索。

2 杭州灣圍填海項目案例[5]

2.1 工程簡介

工程位于上海市金山區，項目范圍為滬杭公路外側區域，龍泉港出海閘以西、金山城市沙灘以東灘涂，南邊界至該段水域規劃駁岸線見圖1，圍堤總長度4 820 m，圈圍面積約3 866畝，用海面積308.420 7 hm2，見圖2。

工程區位于杭州灣北岸，岸線前沿海域開闊，風浪大，流場較復雜，200年一遇有效波高達3.60 m～3.91 m；工程區潮位高、潮差大，200年一遇高潮位達6.78 m，多年平均潮差4.07 m，實測最大潮差6.56 m；擬建堤線位置灘面較低，達-4 m～-6 m；地質條件較差，大堤直接坐落在淤泥質粉質粘土層上，且軟土層普遍達到15 m厚；工程區上下游涉水工程密集，河勢影響較敏感，工程施工易對周邊涉水工程造成不利影響。

2.2 圍堤結構設計的原則

圍堤結構設計原則如下：1)建筑材料和施工方式應因地制宜；2)施工安全性與可操作性強；3)運行期對環境適應性強、安全性高；4)經濟合理，投資較省；5)為后期圍堤生態建設留有空間。

2.3 圍堤結構方案

根據地形資料、平面布置方案和地質勘察成果等，經多方面比選確定圍堤結構方案：

1)堤型選擇。與直立堤相比，斜坡堤斷面尺度相對較大，筑堤材料消耗較多；斜坡堤的柔性基礎和堤身均能較好地適應灘地的軟土地基條件，地基處理方式成熟有保障；斜坡堤對優質砂料需求量相對較大，對石料需求量較小；斜坡堤消浪效果好，對強風浪區具有較強的適應性，且不易對堤前基床造成沖刷；斜坡堤應用廣泛，計算理論較成熟，設計經驗較豐富；斜坡堤施工工藝成熟，進度質量有保證，無需占用太多場地，施工船機設備眾多；斜坡堤方便后期維護，運行管理風險小；斜坡堤結構易于在外坡增加生態綠化，有利于生態岸線的構建；斜坡堤在經濟性上具有一定的優勢。根據對斜坡堤結構和直立堤結構的研究和分析，綜合比選確定選用斜坡堤結構作為圍堤結構方案。

2)斜坡堤結構選擇。綜合分析斜坡堤的斷面結構、堤基構筑方式、反濾結構、地基處理方式、施工便利性、經濟性等因素，斜坡堤結構推薦選用“外側拋石結構堤+內側袋裝砂棱體+排水板地基處理”方案。

3)圍堤斷面結構方案。防浪墻墻頂高程11.00 m，堤頂高程9.80 m，頂寬9.50 m(每48 m至少設置一處2 m寬的植草磚步道)。外海側消浪平臺頂高程6.00 m～6.10 m，頂寬6.00 m，采用500 mm埋石混凝土護面。平臺上下兩側以1∶3邊坡分別連接防浪墻及3.00 m高程鎮腳，上級坡面采用500 mm厚柵欄板護面，下設300 mm厚灌砌塊石一層、200 mm厚袋裝碎石及380 g/m2復合布一層，下級坡面采用3 t/個翼型塊體護面，下設300 mm厚灌砌塊石一層、200 mm厚袋裝碎石及380 g/m2復合布一層。2.70 m～3.00 m高程鎮壓平臺寬15 m～18 m，采用500 mm厚埋石混凝土護面，下設400 mm厚袋裝碎石及380 g/m2復合布一層。鎮壓平臺外側為拋石結構擋砂堤，外坡坡比1∶2，內坡坡比1∶1.5，坡面及壩頂采用3 t/個扭王塊體護面，外側堤腳采用寬10 m厚2.5 m～3.7 m的拋石護腳和混凝土聯鎖塊軟體排護底，余排20 m長。拋石棱體內側反濾層先在袋裝砂棱體外側設置一層復合土工布(230 g/m2機織布+150 g/m2無紡布)+袋裝碎石(厚度500 mm)反濾結構，再在反濾外側填石碴至高程0.0 m，石碴上采用袋裝碎石(厚度200 mm)找平并鋪設一層復合土工布反濾(230 g/m2機織布+150 g/m2無紡布)后填筑袋裝砂棱體；同時在拋石棱體內側設500 mm的1 kg～10 kg塊石整平。內坡側設二級復合坡，坡比均為1∶3，平臺高程4.50 m，寬度5.00 m。內棱體內側坡比為1∶1。4.50 m高程以上坡面采用彩道磚拱肋草皮護坡,見圖3。

2.4 袋裝砂斜坡堤在本項目應用中的創新

根據傳統袋裝砂斜坡的設計施工經驗，結合本項目工程區現狀，在項目應用中進行實踐創新。

1)外側拋石棱體反濾。原拋石棱體反濾結構布置在拋石棱體內側，是由袋裝碎石+砂肋軟體排+混合倒濾層+兩片石墊層組成。經調研后發現，反濾結構墊層需要皮帶機施工，效率相對低下，且施工質量難以控制。反濾結構的質量和進度對于龍口合龍節點的完成，乃至整個圍堤堤身的穩定都具有決定性的作用。面對龍口合龍前土方施工任務緊、壓力大的局面，項目組積極開展反濾結構研究，最終確定了一種新的反濾結構：拋石棱體內側反濾層先在袋裝砂棱體外側設置一層復合土工布(230 g/m2機織布+150 g/m2無紡布)+袋裝碎石(厚度500 mm)反濾結構，再在反濾外側填石碴至高程0.0 m，石碴上采用袋裝碎石(厚度200 mm)找平并鋪設一層復合土工布反濾(230 g/m2機織布+150 g/m2無紡布)后填筑袋裝砂棱體；同時在拋石棱體內側設500 mm的1 kg～10 kg塊石整平，見圖4。該反濾結構施工效率高，施工質量有保障，保證了龍口合龍節點的順利完成，確保了大堤的安全穩定。

2)龍口合龍。金山地區漲落潮水流急、潮差大，龍口合龍條件惡劣，合龍施工強度大。設計單位采用數模計算，分析水流特征，確定理論的龍口寬度；實際施工過程中由于合龍施工任務重，施工單位提前將龍口束窄。施工單位對現場流速進行實測，數據顯示流速在可控范圍內。拋石截留后，潮差大使得拋石棱體內外側水頭差比較大，石頭縫中水流竄流比較急，給通長袋施工帶來很大難度。在外側袋裝砂棱體與拋石壩之間鋪設鎖壩來限制匯水流量，從而減小龍口水流流速，保證施工環境相對穩定，見圖5。加強現場實測資料的分析，加上以往龍口合龍處理措施的應用，本工程深水區龍口合龍順利完成，為深水區、大潮差圍堤合龍積累了成功經驗。

3)生態海堤示范應用[6]。為適應新形勢下國家海洋生態文明建設的要求，開展生態海堤的研究，并在工程中進行示范應用。

全線大堤采用斜坡式堤型，實現緩坡入海；堤身材料選用長江口砂源和附近塊石，向海側護面在潮間帶和潮下帶區域采用混凝土塊體和塊石等適宜當地海域生態系統的無害化建筑材料，有利于藻類、貝類附著，促進生物多樣性恢復；防浪墻內側與路面設置綠化種植池，種植草皮和矮灌木，并在靠近防浪墻處種植爬山虎，使其攀爬在鋼筋混凝土防浪墻上，實現堤頂綠化；背海側采用彩道磚拱肋草皮護坡，并在內青坎上種植草皮、小灌木，實現背海坡綠化；研究開發了一種新型護面結構，并選擇在西側堤中進行示范應用，見圖6。

3 結語

袋裝砂斜坡堤在本圍填海項目中的應用是其在杭州灣北岸深水筑堤的典型案例，項目的順利實施進一步驗證袋裝砂斜坡堤在深水筑堤工程中的適用性。同時也響應了國家海洋生態文明建設的要求，在實現海堤生態化建設中具有一定的優勢。